Aplicaciones del cultivo in vitro en la caracterización del efecto del ancimidol en paredes celulares de maíz (Zea mays L.) y en la producción de encecalina en "Helianthella quinquenervis" (Hook.) a. Gray = Applications of in vitro cultures in the characterization of the effects of ancymidol on maize (Zea mays L.) cell walls and in the production of encecalin by Helianthella quinquenervis (Hook.) A. Gray

Abstract

El cultivo de células y tejidos de plantas comprende a un conjunto de técnicas que, en condiciones asépticas, permiten la inducción de una variedad de respuestas al controlar las condiciones físicas y químicas de los cultivos. Es una herramienta importante tanto en los estudios básicos como en los aplicados ya que tiene importantes aplicaciones comerciales. En la investigación básica, se ha avanzado en el conocimiento de la bioquímica y fisiología de la pared celular, así como en los mecanismos de la síntesis y degradación de la celulosa, y su relación con otras moléculas en la pared celular.

Para profundizar en el conocimiento del metabolismo de la pared celular, se ha hecho uso de inhibidores de la biosíntesis de celulosa (CBIs por sus siglas en inglés), estos son un grupo de moléculas de diversa naturaleza química cuyo sitio de acción es desconocido en la mayoría de los casos; sin embargo, algunos de ellos se usan como herbicidas al bloquear la formación de la pared celular. Recientemente, se ha propuesto al ancimidol (un inhibidor de la enzima ent-kaurenasa en la síntesis de giberelinas) como un probable CBI. Esta propuesta está basada principalmente en la promoción de malformaciones celulares por parte del ancimidol. Con el fin de determinar el papel del ancimidol como inhibidor de la biosíntesis de celulosa, se ha llevado a cabo un estudio completo del efecto del ancimidol solo y en presencia de giberelina tanto a nivel celular (determinando cómo afecta a los parámetros de crecimiento, viabilidad y morfología del cultivo), como a nivel subcelular (analizando los cambios que produce en la composición y estructura de la pared celular) en células en suspensión de maíz, a través de un enfoque bioquímico y molecular por medio de la cuantificación de celulosa, análisis FTIR, incorporación de [14C]Glc y [3H]Ara en las fracciones de pared celular, así como la regulación en la expresión de algunos genes ZmCesA y ZmKO.

Otra de las líneas del cultivo in vitro es la obtención de metabolitos secundarios de plantas (MSP) de interés para las industrias agroquímica, farmacéutica y alimentaria. Una de sus ventajas es que a través del cultivo in vitro los recursos pueden ser utilizados de manera sostenible ya que la producción no depende de las condiciones ambientales. En este caso, abordamos la producción de MSP de Helianthella quinquenervis (Hook) A. Gray una planta herbácea perteneciente a la familia Asteraceae, que es conocida por los indios rarámuri (tarahumara) de Chihuahua, México, como «rarésoa» o «corsonero», donde las raíces secas y en polvo se usan como preparados terapéuticos para combatir o aliviar la tos, dolores musculares, enfermedades gastrointestinales y úlceras. El extracto crudo de las raíces de H. quinquenervis ha demostrado actividad antimicrobiana, así como actividad antiprotozoaria. El análisis fitoquímico de las raíces y las partes aéreas de H. quinquenervis ha permitido el aislamiento e identificación de diversos cromenos (benzopiranos), prenil acetofenonas y benzofuranos (euparina). Algunos de estos cromenos, como la encecalina y la desmetilencecalina, poseen una citotoxicidad marginal contra varias líneas celulares tumorales humanas y un efecto inhibidor del crecimiento vegetal. Las fuentes de estos compuestos siguen siendo las plantas silvestres, como en la mayoría de las plantas medicinales, por lo que su explotación pone en riesgo sus poblaciones. La producción de MSP de plantas (MSP) de interés a escala comercial por parte de H. quinquenervis es difícil de alcanzar, porque está sujeta a condiciones ambientales fluctuantes y porque ocurre en concentraciones muy bajas.

En este trabajo de doctorado, describimos el uso del cultivo in vitro de plantas en la investigación básica (con cultivos de maíz expuestos al ancimidol para estudiar su efecto en el metabolismo de la pared celular) y en la investigación aplicada, con el desarrollo de diferentes estrategias para la producción de encecalina y otros MSP relacionados con potencial interés comercial por medio del cultivo de células y órganos de Hellianthella quinquenervis (callos, células en suspensión y raíces pilosas o hairy roots).

Esta es la primera vez que se han descrito tanto la generación de raíces transformadas por Agrobacterium rhizogenes (A4) en Helianthella quinquenervis, como la cuantificación de la producción de encecalina por CG-MS y MM en cultivos in vitro